九年级下科学第一章备课资料优质课件PPT

必定包含着与宇宙起源有关的信息。事实上，科学家们利用热大爆炸宇
宙模型给出的宇宙演化理论，经过精确计算，得到宇宙的氦丰度值恰好
等于23％，还得出今天观测到的氦丰度在宇宙早期就形成的结论(宇宙大
爆炸后的第189秒后形成)。所以我们说，氦丰度的观测事实与热大爆炸
宇宙理论计算非常一致。
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科学探索是来不得半点虚假的。彭齐亚斯和威尔逊的成功 获奖也是对他们诚实的科学态度和忠于实验结果严谨作风的褒奖。
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古老天体的时标
指的是通过天文观测确认古老天体的年龄是否一致，是否与热大爆炸宇
宙模型给出的宇宙年龄(约150亿年)相符合。
天文学家通常根据恒星演化理论来确定天体年龄。由于球状星团是一群
从托勒密到哥白尼（地心说与日心说的历史进步性与局限性） 早在公元前4世纪，古希腊哲学家亚里士多德就已提出了"地心说"，即认为地球位于宇宙
的中心。公元140年，古希腊天文学家托勒密发表了他的13卷巨著《天文学大成》，在总结 前人工作的基础上系统地确立了地心说。根据这一学说，地为球形，且居于宇宙中心，静止 不动，其他天体都绕着地球转动。这一学说从表观上解释了日月星辰每天东升西落、周而复 始的现象，又符合上帝创造人类、地球必然在宇宙中居有至高无上地位的宗教教义，因而流 传时间长达1300余年。
有1个质子，第2号元素是氦，在氦的原子核中有2个质子和2个中子。不
同的元素在自然界中的含量是不同的。科学家们通常用一类元素在被测
样品中的百分含量表示这类元素在样品中的多寡。这类元素的百分含量
也就是它的丰度。科学家们还发现，自然界中含量最丰富的元素是氢，
约占宇宙原子总数的93％，占宇宙物质质量的76％，其次是氦，约占宇
氦元素只能出现在恒星演化的主序星阶段和红巨星阶段，而且大量的氦
元素应当出现在主序星阶段后期和红巨星阶段的初期，没有恒星的区域
就应该没有什么氦元素，即使有氦元素，在数量上也是微乎其微的。所
以我们可以认为，氦元素的丰度在宇宙的每个地方都大致相同而且达到
23％那样大，必然和宇宙的行为有关，必然和宇宙的起源有关，氦丰度
微波背景辐射的发现 1964年美国贝尔电话实验室在新泽西州的克劳福德山上建起了一架巨大的喇叭 形天线。他们建造这架天线的目的是为了查明各种无线电噪声的采源，以便改 善当时刚刚起步的卫星通信质量，提高通信效率。彭齐亚斯和威尔逊的工作， 就是利用这架方向性极强的天线来查明空间中各种噪声源，并负责设法消除或 降低这些噪声的影响。他们的工作态度十分勤奋而努力，工作作风是如此严谨， 但出乎他们意料的是在微波段上总有一些温度很低的噪声无法消除。从1964年 歪¨965年的一年多时间里彭齐亚斯与威尔逊经过不断努力，做了各种测试与检 测总有那么一些“剩余噪声”无法消除。作为工程师，他们关心的是测试与改 进天线的性能。在他们工作告一段落后，发表了题目为“在4080兆赫上额外天 线温度的测量”的报告。这是一篇纯技术测量的报告，没有一点天体物理学的 味道。但正是这一如实的测量报告，使贝尔实验空为提高卫星通信质量而进行 的这项非常实用的研究项目，意外地获得了完全属于基础理论研究的纯粹是宇 宙学探索的一项伟大发现——微波背景辐射。 微波背景辐射的发现，使大多数宇宙学工作者相信了热大爆炸宇宙模型的正确 性，并很快使这个理论成为现代宇宙学中占主导地位的理论，获得了标准模型 的称号。这项发现也使荚国的两位无线电工程师彭齐亚斯与威尔逊荣获了1978 年度诺贝尔物理学奖。
结果。利用放射性同位素测量法，天文 学家还测量了陨石和从月球上取
来的样品中重元素的丰度，综合起来得到了这样一个结论：我们的银河
系大约是在110亿年前诞生的。这个结论与“年老”球状星团的年龄基本
2相021同/0，2/0所1 以测量到的“年老”球状星团年龄，应该是可信的。
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宇宙中氦元素的丰度
自然界有100多种元素，其中原子量最小的元素是氢，在氢的原子核中只
早在两千多年前，古希腊天文学家阿里斯塔克就已提出了朴素的"日心说"。他指出，太 阳位于宇宙中心静止不动，地球则绕着太阳运动，同时又绕轴自转。可惜由于科学水平的限 制，这一天才的思想未能为人们所认识。直到中世纪末，由于用托勒密地心体系推算出来的 行星位置与实际天象的观测结果不符，人们才开始怀疑地心说的正确性。1543年，波兰天文 学家哥白尼在他的不朽名著《天体运行论》中系统地提出了日心说。在他阐释的日心体系中， 太阳居于宇宙的中心，地球和其他行星沿着圆形轨道绕太阳运行。这样一来，托勒密地心体 系中需要用极为复杂的运动图象来解释行星运动天象的烦琐的工作一下子变得十分简单。后 来，德国天文学家开普勒指出，行星绕太阳运动的轨道应该是椭圆而不是圆，太阳位于椭圆 的一个焦点上。这一重大发展使得观测结果完全可以用理论来加以解释和预报，日心说的地 位进一步得以巩固。
物，而是太阳系形成之前超新星爆 发的结果。超新星爆发时重元素的丰
度可以计算，铀235和铀238在当时的丰度之比为1.9，这样再根据铀235
和铀238现在的丰度之比就可以推算出铀元素大约形成在70亿年前。除了
用铀235与铀238的丰度之比以外，天文学家还用其他一些重元素，例如
钍244与钍232之间的丰度比等来推算太阳系的年龄，得到了大致相同的
宙原子总数的7％，占宇宙物质质量的23％。相比之下，其他元素的数量
少得可怜，而且元素原子量越大，一般来说它的丰度也就越小。事实上，
氦以后的元素加在一起也只占宇宙物质质量的1％。目前在宇宙各个方位
各个区域观测到的氦丰度都在23％左右。这一观测结果很难用恒星演化
理论的元素生成来解释。因为按照在恒星演化过程中诞生元素的理论，
同时诞生的恒 星，所以天文学家根据不同球状星团中出现红巨星的情况
和恒星中所含各种元素的比例就可 以确定这一群恒星的年龄。目ห้องสมุดไป่ตู้测量
到的最“年老”的球状星团的年龄为150亿年，并且所有“年老”球状星
团的年龄都很接近，都在100亿到150亿年之间。这个数值确实与热大爆
炸宇宙模型给出的宇宙年龄很符合。为了确定这一方法得到的“年老”
球状星团年龄的可靠性，文学家还采用放射性同位素测量法来核对。譬
如说根据太阳系诞生之时所含重元素铀235及铀238的相对丰度(即百分含
量)和现在的相对丰度以及它们的寿命(半衰期)可以算出太阳系的年龄在
50亿年左右。当然，太阳系诞生之时铀元素的相对丰度是无法测量的，
不过可以根 据恒星演化理论知道，太阳系的铀其实不是太阳系本身的产